摘要
近年来，柔性电子设备蓬勃发展，基于MXene的导电水凝胶由于其优异的机械柔性韧性和高灵敏度成为了制备柔性可穿戴传感器的热门候选材料。然而，MXene在水介质中稳定性较低，严重影响了MXene基导电水凝胶的性能。并且，传统的导电水凝胶在低温下发生冻结现象，导致其功能性丧失，已经不能满足先进传感器的要求。本文通过利用不同分子对MXene进行修饰，制备了稳定的MXene分散液，并以此为基础利用多重非共价键相互作用构建了具有高机械强度、抗冻特性、及环境友好性的MXene基导电有机水凝胶，详尽地研究了其力学性能、抗冻特性及相关分子机制，并初步探索其作为多功能柔性可穿戴传感器的实际应用。 首先，通过用生物大分子明胶封装MXene来制备稳定的MXene/明胶分散体，以阻止MXene纳米片在水中的重新堆叠和氧化。基于MXene/明胶分散体，分两步法制备出具有优异环境稳定性和自粘性的高强度导电MXene复合明胶（MCG）有机水凝胶，并构建可降解的多功能传感器。基于多重超分子交联相互作用和水/甘油二元溶剂系统，使得有机水凝胶具有良好的机械强度、抗冻性、保湿性自粘性，基于MCG水凝胶的多功能传感器具有高应变敏感性（GF=4.21）和热敏能力，能够实现实时检测人体运动和温度变化。另外，MCG有机水凝胶能够完全降解，不会对环境造成任何污染。 其次，使用小分子单宁酸（TA）修饰MXene来提升其在水介质中的抗氧化能力，得到稳定的TA@MXene，并将其引入到PVA-甘油网络中，通过纳米增强作用和非共价键相互作用制备高强度的多功能有机导电水凝胶。经过多种测试手段表明有机水凝胶具有优异的机械性能、良好的环境稳定性和杰出的紫外防护能力。将其组装成柔性传感器在不同环境下均能实现对外界刺激的稳定检测。此外，凝胶内部可逆共价键的存在使有机水凝胶具有良好的可回收性，实现废物循环利用，绿色可持续发展。
NETL